数字式感器教案

《数字式传感器》教学案
【教学目的：】
1、掌握几种典型数字式传感器的组成和种类；
2、理解并掌握几种典型数字式传感器的工作原理；
【重点难点：】
数字式传感器的工作原理
【导入：】
1、模拟信号：模拟信号是一种不但在时间上连续、数值上也连续的物理量，具有无穷多
的数值。

2、数字信号：数字信号在时间上和数值上均是离散的，而离散信号的值只有真或假，是
与不是，所以能够使用二进制数中的０和１来表示。

3、数字式传感器：将被测量（一般是位移量）转化为数字信号，并实行精确检测和控制
的传感器。

4、与之前学习的位移传感器比较，数字式传感器测量范围较大。

【新课：】
数字式传感器分类：光栅、码盘、磁栅、感应同步器
1、光栅传感器
（1）组成：主光栅、指示光栅、光源、透镜、光电元件
类型：长光栅测量直线位移
圆光栅测量角位移
莫尔条纹：
两块光栅尺叠合时，出现光的若干条明暗相间的条文，叫莫尔条纹
L≈W/θ
（2）工作原理：
光栅是利用莫尔条纹的放大特性，将主光栅与指示光栅的相对微小移动转化成放大了的莫尔条纹的移动，经光电传感器检测莫尔条纹移动的大小，再通过辨向电路辨别莫尔条纹移动方向。

从而检测出被测物的位移。

为了测量更小的位移量，通常还采用细分技术，细分电路的目的是在光栅移动一个栅
距时，通过细分电路等间距的输出多个脉冲，从而达到提升分辨率的目的。

（3）练一练
①关于莫尔条纹的叙述，错误的是（）
A 消除了光栅刻线的不均匀误差
B 放大了光栅栅距
C 莫尔条纹与光栅尺移动量和方向有着严格的对应关系
D 莫尔条纹间距与栅距之间满足关系式L≈W/θ
②光栅在使用中，采用两个光电元件的目的是（）
A 实行电学细分，提升测量分辨力
B 信号放大
C 辨别移动方向
D 差分测量，提升抗干扰水平
③利用光栅产生的莫尔条纹与光栅栅线的夹角为（）
A 与刻线间的夹角相关
B 近似0°
C 近似45°
D 近似90°
④某光栅的光栅条文的夹角为0.05rad，栅距为0.1mm，则莫尔条纹的宽度为（）
A 1mm
B 2mm
C 3mm
D 4mm
⑤在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的两个电信号相位差为（）
A 0°
B 90°
C 180°
D 360°
⑥为了测得比栅距或节距W更小的位移量，数字式传感器尧采用（）技术
A 细分
B 调制
C 解调
D 辨向
2、码盘
（1）类型
根据处理形式不同分为绝对式码盘、增量式码盘
根据获取信息的原理不同分为接触式码盘、光电式码盘、电磁式码盘等。

（2）结构以增量式码盘为例
（3）工作原理
见动画演示
（4）练一练
①光电编码器可将电动机转角变换成（）
A 正弦信号
B 余弦信号
C 方波信号
D 脉冲信号
②旋转式编码器用以测量转轴的角位移，其中线数为360线的增量式编码器分辨力为（）
A 1°
B 2°
C 3°
D 4°
③光栅和光电编码器式（）传感器的一种特殊应用
A 热电
B 磁电
C 光电
D 压电
3、磁栅传感器
（1）组成：磁尺、磁头和检测电路。

类型长磁栅测量直线位移
圆磁栅测量角位移
（2）工作原理：（动画演示）
由磁尺、磁头和检测电路组成，磁尺上涂有磁性薄膜并记录一定波长的磁信号。

当磁头相对磁尺相对运动，磁尺在磁头输出绕组上产生感应电动势并随位置周期性变化。

（3）练一练
磁栅中采用两个磁头是为了（）
A 细分
B 调制
C 解调
D 辨向
4、感应同步器
（1）类型
直线式测量直线位移
旋转式测量角位移
（2）组成
定尺
滑尺包括正弦绕组和余弦绕组
（3）工作原理（动画演示）
感应同步器由定尺绕组和滑尺绕组组成，定尺绕组在工作时加上激励电源。

当产生相对运动时，滑尺绕组中产生感应电动势，其强弱与两者相对位置有关，利用此可进行位移检测。

（4）练一练
感应同步器的作用是测量大（）
A 电压
B 电流
C 位移
D 相位差
作业
P93 4-6、4-7。